В настоящий момент времени множество отраслей промышленности, включая оптику, электронику, медицину, технологии очистки воды и др., испытывают нужду в высококачественных углеродных нанотрубках, трубок из атомов углерода, стенки которых имеют толщину в один атом. Характеристики углеродных нанотрубок, такие, как малый вес, огромная механическая прочность, максимальные значения электрической и тепловой проводимости, химическая стабильность ставят этот материал на первое место по отношению ко многим другим альтернативным материалам. Однако, чтобы удовлетворять возрастающие потребности промышленности, технологии изготовления углеродных нанотрубок должны постоянно совершенствоваться, увеличивая количество и качество конечного продукта.
Ученым уже удавалось вырастить отдельные углеродные нанотрубки, длина которых составляет приблизительно 50 сантиметров. Однако, такие нанотрубки не очень практичны в использовании, для достаточно большого количества областей применения требуется «лес» нанотрубок, выращенный на специальной подложке. Но, несмотря на все предыдущие усилия, ученым не удавалось вырастить такой «лес» с длиной нанотрубок, превышающей 2 сантиметра. Это связано с тем, что наносимый на поверхность подложки катализатор, играющий ключевую роль в процессе выращивания нанотрубок, попросту заканчивается или успевает растерять все свои каталитические свойства.
Группа исследователей из университета Васеды, Япония, нашла способ выращивания углеродных нанотрубок, не подверженный описанному выше недостатку. И в результате, у этих ученых получилось вырастить «лес» углеродных нанотрубок, длиной около 14 сантиметров, в семь раз длиннее, чем это получалось ранее. «В обычной технологии выращивания углеродных нанотрубок они, нанотрубки, достаточно быстро прекращают свой рост из-за возникновения структурных изменений катализатора» — пишут исследователи, — «Мы сосредоточились на разработке новой технологии, которая подавляет эти структурные изменения, что, в свою очередь, позволяет нанотрубкам расти дольше по времени и достигать большей длины».
В качестве катализатора японские исследователи использовали состав, полученный ими в ходе предыдущих исследований. На слой этого катализатора Fe/Al2Ox, нанесенного на поверхность кремниевого основания, было распылено небольшое количество гадолиния. Такой подход сразу же обеспечил увеличения длины выращиваемых нанотрубок до 5 сантиметров.
Для предотвращения деградации катализатора, покрытая им кремниевая пластина была помещена в камеру, где проводился процесс холодного химического осаждения из паровой фазы. Кроме этого, к поверхности разогретой до 750 градусов Цельсия пластины катализатора, была обеспечена постоянная подача атомов испаренного алюминия и железа в очень малых концентрациях (одна часть на миллион).
Этот способ «подпитки» позволил катализатору сохранять свои свойства на протяжении 26 часов времени, за которое нанотрубки успели набрать длину в 14 сантиметров. Дальнейший анализ показал, что выращенные таким способом нанотрубки имеют высокую чистоту и качество, что отражается в положительную сторону на их механической прочности.
Отметим, что данное достижение не только открывает дорогу к более массовому применению углеродных нанотрубок в различных областях науки и техники. Найденный учеными способ регенерации и поддержания катализатора в рабочем состоянии может быть использован и во множестве других областей, таких, как нефтехимия, выращивание искусственных кристаллов, экологически чистая энергетика и многое, многое другое.
